一、無刷直流電機的意義
人們對環(huán)境和能源的日益關(guān)注，推動了電動汽車的發(fā)展，加速了世界強國在電動汽車領(lǐng)域的競爭。在目前電池技術(shù)制約下，如何提高電能效率、提高電動汽車?yán)m(xù)駛歷程，是電動汽車行業(yè)關(guān)注的焦點。無刷直流電機啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好、效率高、能量密度大、過載能力強、性能穩(wěn)定、安全可靠，是電動汽車的理想驅(qū)動電機。無刷直流電機的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，對提高電動汽車性能、促進電動汽車行業(yè)發(fā)展、使我國電動汽車行業(yè)趕超水平具有積極的促進作用。
二、無刷直流電機的性
電動車輛主要用于城市交通，車輛大部分時間處于啟動、加速、制動的工作狀態(tài)，因此電機的起動性能、加速性能、低速時的效率、制動時的能量再生能力、電機的過載能力、電機的能量密度、電機可靠性對電動車輛尤為重要，是衡量電動車輛電機的重要指標(biāo)。目前電動車輛還沒有專用電機可選，只能選用通用電機，如直流串激電機、直流并激電機、永磁直流電機、異步電機等。通用電機的負(fù)載特性為恒負(fù)載特性，而電動車輛特性為變負(fù)載特性，兩者特性不匹配，影響了電機出力，進而影響了電動車輛性能。另外，通用電機的效率點均設(shè)計在額定點附近，當(dāng)負(fù)載偏離額定點時，電機效率急劇下降，影響了車輛的續(xù)駛里程。開關(guān)磁阻電機在低速時具有較大的轉(zhuǎn)矩，但效率偏低，永磁同步電機具有較高的效率，但低速時轉(zhuǎn)矩?zé)o法提升。只有無刷直流電機具備了以上電機的所有優(yōu)點，它具有串激直流電機的低速轉(zhuǎn)矩提升功能、并激直流電機的調(diào)速性能、永磁同步電機的高效特性和接近異步電機的可靠性，非常適合電動車輛的需要?，F(xiàn)就各種電機技術(shù)指標(biāo)匯總見表1。
表1           
各種電機技術(shù)指標(biāo)匯總
    電
性      機       
能     直流串激電機 支流并激電機 永磁直流電機 鼠籠異步電機 磁阻開關(guān)電機 永磁同步電機 無刷直流電機 
起動性能 5 4 4 2 3 4 5
低速性能 5 4 4 3 3 4 5
低速時效率 3 3 4 3 4 5 5
平均效率 3 3 4 4 3 5 5
能量密度 2 2 3 4 4 5 5
過載能力 4 4 4 4 3 5 5
再生能力 3 5 4 3 2 5 5
可靠性 2 2 2 5 5 4 4
制造成本 4 4 4 5 5 4 4
控制器成本 5 5 5 4 4 4 4
合     計 36 36 38 37 37 45 47
從上表看無刷直流電機是理想的電動車輛驅(qū)動電機，與其它電機相比其主要優(yōu)點為：①電機外特性好，非常符合電動車輛的負(fù)載特性，尤其是電機具有可貴的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動轉(zhuǎn)矩，滿足車輛的加速要求。②速度范圍寬，電機可以在任何轉(zhuǎn)速下全功率運行，這是無刷直流電機的特性，這樣可以省去汽車的機械變速器，改變內(nèi)燃車輛的傳動模式，進一步提高整車效率。③電機效率高，尤其是在輕載車況下，電機仍能保持較高的效率，這對珍貴的電池能量是很重要的，該種電機可比永磁直流電動機提高效率10％以上，比Y系列電動機提高效率20％以上。④過載能力強，這種電機比Y系列電動機可提高過載能力20％以上，滿足車輛的突起堵轉(zhuǎn)需要。⑤再生制動效果好，因電機轉(zhuǎn)子具有很高的磁場，在汽車下坡或制動時電機可進入發(fā)電機狀態(tài)，給電池充電。⑥電機體積小、重量輕、比功率大、可有效地減輕重量、節(jié)省空間。⑦電機無機械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進入電機內(nèi)部，可靠性高。⑧電機控制系統(tǒng)比異步電機簡單。
無刷直流電機是在永磁同步電機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它比永磁同步電機具有更高的效率和更大的低速轉(zhuǎn)矩，兩種電機的外特性見圖1。
三、無刷直流電機的現(xiàn)狀
電機分為直流電機、同步電機和異步電機，在我國三種電機的生產(chǎn)分工較為明確，無刷直流電機是三種電機的集合，是電機發(fā)展的高層次產(chǎn)品，代表電機的發(fā)展方向。目前無刷直流電機研究剛剛起步，主要集中在高等學(xué)校，如浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等，均在進行1.5kw以下樣機的研究試驗，清華大學(xué)正在做15KW電機的樣機實驗，中科院正在做28 KW電機的樣機實驗。在企業(yè)中生產(chǎn)高性能、大容量這種電機的廠家還沒有，只有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、性能較低、容量在0.2KW以下、用于電動自行車電機的廠家。國際發(fā)達(dá)國家對無刷直流電機的研制與中國大體相當(dāng)，但像美國、日本在無刷直流電機控制方面比中國。